本文通过采用真空定向凝固技术制备出若干有/无元素Re镍基单晶合金棒，采用不同热处理工艺对合金进行完全热处理，对铸态及热处理后的合金进行SEM/EDS成分分析后，对完全热处理后的合金进行蠕变性能测试，研究了热处理工艺及元素Re对镍基单晶高温合金在蠕变过程中的组织结构演化以及蠕变性能的影响，通过采用电子显微镜对经实验断裂后的合金试样进行微观形貌观察，讨论了合金在不同温度下蠕变过程中的组织演化规律及微观变形机制。结果表明，在铸态合金中，元素Al、Ta、W、Mo和Re的偏析程度较大，元素Cr、Co偏析程度较小，元素W、Cr、Mo和Re富集于枝晶干，而元素Al、Ta、Co则在枝晶间区域富集。合金经高温长时间固溶和时效处理，可明显降低元素在枝晶干/间的偏析程度，提高合金的蠕变抗力。计算出经不同工艺热处理合金在高温稳态蠕变期间的激活能为452.5kJ/mol和530.7kJ/mol；而4.5%Re单晶合金在中温蠕变过程中的表观激活能为574.4kJ/mol。在中温/髙应力条件下，当合金进入蠕变后期时，中主、次滑移系交替开动，导致微裂纹首先在γ′/γ两相界面萌生，并沿垂直于应力轴的<110>方向扩展，这被认为是导致合金蠕变断裂，并在（001）面形成正方形解理面的主要原因；而裂纹沿<110>扩展受阻，改变扩展方向时，可在合金的(001)面形成非规则解理面。而合金在高温蠕变初期， γ′相发生筏型化转变，形成垂直于应力轴的N-型筏状结构，在高温蠕变稳态阶段，其变形机制为位错攀移越过筏状γ′相。在中温条件下对合金施加高应力，其在蠕变稳态期间的变形机制为位错在基体中滑移并剪切进入γ′相，其中，切入γ′相内的(1/2)<110>超位错可分解形成(1/3)<112>超肖克莱不全位错加层错的位错组态，对位错在蠕变过程中的交滑移产生较大的阻碍作用，使合金的蠕变抗力得到提高。4.5%Re单晶合金在760oC和980oC蠕变期间，切入γ′相的<110>超位错可由{111}面交滑移到（100）面，形成K-W锁，这种位错锁具有非平面芯结构，可抑制位错在{111}面滑移；随蠕变温度提高到1100oC，热激活可促使K-W锁的位错重新激活，释放K-W锁，是合金在1100oC蠕变期间未发现K-W锁的主要原因。4.5%Re和无Re镍基单晶合金的蠕变性能测试表明，4.5%Re合金在760oC/800MPa的蠕变寿命为427h，远高于无Re合金在相同验条件的蠕变寿命（测得结果为245h）。无Re合金在中温蠕变过程γ′相已发生串状转变，并在蠕变期间不形成K-W锁位错组态；4.5%Re合金经427h中温蠕变断裂后，γ′相仍保持立方体形态。而在980oC/300MPa无Re合金的蠕变寿命为72h，4.5%Re合金的蠕变寿命为168h，蠕变期间两种合金的γ′相均发生筏型化转变，但与无Re合金相比，4.5%Re合金中γ/γ′相界面位错间距较小为较大晶格错配度所致，并致使切入γ′相内的位错数量小于无Re合金，是使4.5%Re合金高温蠕变性能高于无Re合金的主要原因。